Τι είναι η ενθαλπία;

Η ενθαλπία είναι η ανταλλαγή θερμικής ενέργειας που λαμβάνει χώρα κατά τη διάρκεια χημικών αντιδράσεων. Έχει το σύμβολο H και μετριέται σε kJ/mol, ή kilojoules ανά mole. Η ενέργεια που ανταλλάσσεται με το περιβάλλον υπό σταθερή πίεση ονομάζεται μεταβολή της ενθαλπίας μιας αντίδρασης. Για τη μέτρηση της αλλαγής, χρησιμοποιούνται τυπικές συνθήκες, συμπεριλαμβανομένης πίεσης 1 ατμόσφαιρας και θερμοκρασίας 298 Kelvin (77°F ή 25°C).

Όταν η αντίδραση εκπέμπει θερμότητα, λέγεται ότι είναι εξώθερμη. Σε αυτή την κατάσταση, η μεταβολή της ενθαλπίας είναι αρνητική, αφού η αντίδραση μεταβαίνει από υψηλή ενέργεια σε χαμηλή ενέργεια λόγω της απώλειας θερμικής ενέργειας στο περιβάλλον της. Εάν η ενέργεια ρέει από το περιβάλλον περιβάλλον σε ένα σύστημα, ή εάν προσλαμβάνεται θερμότητα, λέγεται ότι είναι ενδόθερμη. Σε αυτήν την περίπτωση, η αλλαγή είναι θετική καθώς το σύστημα κερδίζει ενέργεια με τη μορφή θερμότητας.

Τα διαγράμματα ενεργειακών επιπέδων είναι ο πιο συνηθισμένος τρόπος εμφάνισης τέτοιων αλλαγών στη θερμότητα. Υπάρχουν δύο γενικά διαγράμματα που χρησιμοποιούνται, ένα για τις εξώθερμες αντιδράσεις και ένα για τις ενδόθερμες αντιδράσεις. Για μια εξώθερμη αντίδραση, η ενέργεια των αντιδρώντων της αντίδρασης θα ήταν μεγαλύτερη από την ενέργεια των προϊόντων που προκύπτουν. Το αντίθετο ισχύει για τις ενδόθερμες αντιδράσεις. Η αλλαγή σημειώνεται ξεκάθαρα και στα δύο διαγράμματα.

Δύο τρόποι μέτρησης της μεταβολής της ενθαλπίας είναι ένας απλός θερμιδόμετρο ή ένας απλός θερμιδόμετρο φλόγας. Ένα απλό θερμιδόμετρο αποτελείται από ένα δοχείο με νερό, με τη θερμότητα να μεταφέρεται στο νερό. Η μεταβολή της θερμοκρασίας του νερού που καταγράφεται θα οφείλεται στην ανταλλαγή ενέργειας της αντίδρασης. Όταν χρησιμοποιείται ένα απλό θερμιδόμετρο, η αντίδραση λαμβάνει χώρα μέσα στο νερό στο ίδιο το θερμιδόμετρο.

Με ένα απλό θερμιδόμετρο φλόγας, η αντίδραση λαμβάνει χώρα έξω από τη συσκευή. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, η θερμότητα πρέπει να μεταφερθεί στο νερό μέσα στο θερμιδόμετρο. Αυτός ο τύπος θερμιδομέτρου χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της μεταβολής των αντιδράσεων καύσης.

Για να υπολογιστεί η μεταβολή της ενθαλπίας, πρέπει να γνωρίζουμε τρία πράγματα. Η πρώτη είναι μια σταθερά, η οποία είναι η ειδική θερμοχωρητικότητα του νερού, η οποία είναι 4.2 J/g/°C. Πρέπει να μετρηθεί η μάζα του νερού και η ποσότητα της μεταβολής της θερμοκρασίας του νερού. Ο τύπος για τον υπολογισμό αυτής της μεταβολής είναι 4.2 x μάζα νερού x μεταβολή θερμοκρασίας.